Экспериментальная идентификация колеса

Aug 27, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 16015 (2022) Цитировать эту статью

563 доступа

3 цитаты

Подробности о метриках

Поскольку взаимодействие колес с определенными вариантами местности (асфальт, бетон) известны и хорошо описаны в случае прямолинейного движения и условий прохождения поворотов без скольжения и скольжения, необходимо проанализировать случай колесных транспортных средств с бортовым поворотом. Необходимо исследовать боковое скольжение при различных углах атаки. Основным направлением исследований, отраженным в проекте, является расчет энергопотребления колесных машин с бортовым поворотом в различных условиях местности. В некоторых случаях полностью электрических транспортных средств с отдельными электродвигателями на каждом колесе требуется точная оценка продольных и поперечных сил для выполнения полностью контролируемого поворота. Сконструированный и разработанный авторами экспериментальный стенд позволяет тестировать взаимодействие колеса с поверхностью для различных условий местности и разных направлений движения. Данные испытаний были получены для сухого и мокрого песка и гранитного покрытия. Тяговые и боковые силы были получены и использованы для определения параметров модели взаимодействия колеса с грунтом для несамоходного колеса. Результаты в виде временных рядов, включая продольные и поперечные силы, показывают связь между углом атаки, нагрузкой и состоянием поверхности с точки зрения явления залипания и проскальзывания, что важно для расчетов динамики рулевого управления с бортовым заносом. Результаты измерений затем используются для расчета коэффициентов продольных и поперечных сил в зависимости от угла атаки и вертикальной нагрузки. Испытания проводились в естественной среде, поэтому на них влияют переменчивые условия. Для устранения этого влияния используются множественные прогоны. Описанные эксперименты являются частью проекта, включающего обобщение результатов с использованием проверенной модели FEM. Описываемая работа не преследует цели разработки новых моделей взаимодействия грунта и шин, а ориентирована на численный эффективный метод расчета тягового усилия для различных условий, в том числе пассивного режима — недвижимое колесо.

Вездеходы, особенно беспилотные и автономные машины, оптимизированы с целью минимизации габаритов и веса. Как следствие, при проектировании малых, средних и тяжелых беспилотных транспортных средств используются менее сложные системы трансмиссии и рулевого управления. Наиболее распространенным решением являются эластичная подвеска и бортовое рулевое управление с использованием электрических или гидравлических тяговых двигателей. В случае внедорожника с электрической силовой установкой важным параметром является объем энергоаккумулятора. Для электроэнергетической двигательной установки с высокой перегрузочной способностью крайне важно оценить средние продолжительные крутящий момент и мощность, а также максимальные параметры производительности, которые позволят правильно настроить электростанцию, систему накопления энергии и маршевые двигатели. Правильный анализ энергопотребления на различной местности и точное определение задачи позволят оптимизировать аккумуляторную систему, что позволит использовать аккумуляторы модульной конструкции, сконфигурированные в соответствии с требованиями миссии. Для оценки спроса на энергию необходимо создать универсальный и быстрый численный метод прогнозирования энергопотребления.

Работа, описанная в данной статье, является частью проекта, направленного на разработку универсальной методологии проектирования, оптимизации и анализа современной двигательной установки для различных типов транспортных средств и условий местности. Поскольку поведение и характеристики транспортных средств на дороге хорошо описаны, имеется недостаток доступных знаний о внедорожных характеристиках различных типов транспортных средств. Методы оценки тягового усилия основаны на сложных и зачастую неадекватных теоретических моделях, с одной стороны, и экспериментальных испытаниях отдельных типов транспортных средств, с другой. Предлагаемая в данной работе методика представляет собой сочетание экспериментальных, теоретических и численных методов, что позволит выполнить быстрый расчет тягового усилия с приемлемой точностью. Важнейшим аспектом исследования было прогнозирование поперечных и продольных сил для недвижимого колеса. Как было замечено в предыдущих исследованиях, проведенных для гусеничных машин, существует возможность рекуперации энергии из внутренней гусеницы и, как это будет изучено в дальнейших исследованиях, для колесной техники. Самым простым и самым требовательным по крутящему моменту электродвигателем будет нулевой оборот. В случае разнообразных и полностью контролируемых поворотов крайне важно исследовать силы сопротивления недвижимого колеса для разных углов атаки и рассчитать возможный уровень рекуперации энергии.